книги из ГПНТБ / Морозовский В.Т. Системы электроснабжения летательных аппаратов

условие положительности предпоследнего детерминанта Гурвида, которое сводится к неравенству

Расчеты, выполненные на основании этого неравенства, пока­ зывают, что влияние 6С в левой части неравенства значительно меньше, чем влияние 6Св правой части. Это следует из того, что коэффициент усиления kcka значительно больше единицы, по­ этому слагаемым бC(SE—а) можно пренебречь. Отсюда следует, что при статической настройке регулятора (на положительный статизм) условия устойчивости лучше. Наиболее неблагоприят­ ным случаем является астатическая настройка (6с = 0).

При астатической настройке регулятора неравенство (6.3) принимает вид

Из последнего неравенства следует, что с увеличением коэф­ фициента усиления kcka условия устойчивости ухудшаются. Область устойчивости расширяется с увеличением коэффи­ циента самовыравнивания SE, с уменьшением постоянных вре­ мени инерции угольного столба Тт и обмотки возбуждения гене­ ратора Тв, а также с увеличением постоянных времени демпфи­ рования Тд и э. д. с. движения Тх.

Подмагничивающая реакция якоря ( а > 0 ) ухудшает у с л о ви я устойчивости системы.

Таким образом, наиболее неблагоприятным режимом р а б о ты генератора с точки зрения устойчивости является режим холо­ стого хода при максимальной частоте вращения, так как в этом случае коэффициент самовыравнивания генератора SE наимень­ ший. Расчеты показывают, что если коэффициент усиления взять таким, чтобы статическая ошибка была в пределах ±2% , то си­ стема регулирования будет неустойчивой. Поэтому для расшире­ ния области устойчивости приходится прибегать к стабилизи­ рующим средствам.

6.3. СПОСОБЫ РАСШИРЕНИЯ ОБЛАСТИ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Для расширения области устойчивой работы системы регу­ лирования напряжения посредством .угольных регуляторов при­ меняют стабилизирующий трансформатор (гибкая обратная связь) и стабилизирующее сопротивление (жесткая обратная связь).

150

Схема включения стабилизирующего трансформатора приве­ дена на рис. 6. 3. Стабилизирующий трансформатор выполняется так, чтобы ток первичной обмотки трансформатора являлся на­ магничивающим (режим трансформатора напряжения, при кото­ ром размагничивающее действие вторичной обмотки мало).

Так как падение напряжения на сопротивлении первичной

в правой части уравнения угольного регулятора напряжения по­ является член

[Т’т Р 2+ ( 7 ’д+& э7’х) P + ® c ] [(•$ £ — a ) + 0 — a ) KP]

Нетрудно видеть, что статическая ошибка системы регулиро­ вания остается неизменной, однако характеристическое уравне­ ние системы изменится

151

Условия устойчивости при S0 = 0 сводятся к неравенству

Нетрудно видеть, сравнивая последнее неравенство с нера­ венством (6.4), что из-за появления положительных слагаемых в правой части, область устойчивости существено расширяется.

трансформатора

Другим способом расширения области устойчивости является применение в схеме угольного регулятора стабилизирующего со­ противления Гст, схема включения которого приведена на

рис. 6. 5.

При стабилизирующем сопротивлении уравнение для цепи электромагнита, а вместе с ним и уравнение угольного регуля­ тора изменяются. Для цепи электпомагнита (см. рис. 6.5) спра­ ведливо уравнение

Вычтем и прибавим к последнему уравнению слагаемое (//"стТогда

ГЭ.д + Гст

152

Подставляя найденное значение тока іэ' в уравнение (6.9), имеем

Подставляя последнее уравнение в уравнение угольного столба (4.25) и принимая во внимание равенства (4.26), (4.40), получим уравнение угольного регулятора, в схему которого вве­ дено стабилизирующее сопротивление

Р > * + (7,д+ № )/7 + 8с+ * 1] Сс= М , (1 — ^ ) и- (6.17)

Из последнего уравнения следует, что стабилизирующее со­ противление в схеме уменьшает коэффициент усиления регуля-

тора в ----- 5— раз и увеличивает статизм регулятора (б0/ = *в— *2

= 6с + хі). Из изложенного выше следует, применение схемы со стабилизирующим сопротивлением расширяет область устой­ чивой работы системы регулирования напряжения. Однако ста­ билизирующее сопротивление наряду с расширением области устойчивости ухудшает точность регулирования напряжения. В ряде случаев, для того чтобы распространить действие стаби­ лизирующего сопротивления лишь для тех режимов работы гене­ ратора, где устойчивость системы хуже (большая частота вра-

153

щения и малая нагрузка) последовательно с ним включают вен­ тиль (на рис. 6.5 показано пунктиром).

Параметры моста, в диагональ которого включено стабили­ зирующее сопротивление, подобраны так, чтобы при средних значениях частоты вращения и нагрузки потенциал точки а был равен потенциалу точки b и никакого тока через стабилизирую­ щее сопротивление не протекало.

Если генератор работает при малых нагрузках и большой частоте вращения, то потен­ циал точки а больше потен­ циала точки Ь (сопротивле­ ние угольного столба мало), через стабилизирующее со­ противление протекает ток, так что действует жесткая обратная связь. Если же ге­ нератор работает при боль­ ших нагрузках и малой ча­ стоте вращения, то потен­ циал точки а будет меньше потенциала точки Ь (сопро­ тивление угольного столба велико), ток через стабили­ зирующее сопротивление не протекает, т. е. оно отклю­

чается. Выше говорилось, что стабилизирующее сопротивление наряду с расширением области устойчивости увеличивает стати­ ческую ошибку регулирования. Так как при малых скоростях вращения и большой нагрузке область устойчивости достаточно широкая, то стабилизирующее сопротивление в этом режиме работы не только не нужно, но и нежелательно, так как оно уве­ личивает статическую ошибку. Вентиль в цепи стабилизирую­ щего сопротивления играет роль выключателя, который отклю­ чает стабилизирующее сопротивление при режимах работы гене­ ратора, когда улучшения устойчивости работы системы не тре­ буется.

На рис. 6.6 приведены статические характеристики системы регулирования напряжения при отсутствии (кривые 1) и при на­ личии (кривые 2) стабилизирующего сопротивления. Как видно, наличие стабилизирующего сопротивления несколько увеличи­ вает статическую ошибку регулирования.

6.4. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Если не прибегать к дополнительным средствам, то точность регулирования напряжения генераторов постоянного тока при

154

помощи угольных регуляторов напряжения получается неболь­ шой (порядка ±5-5-10%).

Для улучшения точности работы системы применяются кор­ ректирующие цепи. В ряде угольных регуляторов напряжения применяют корректирующую обмотку, выполняющую роль жест­ кой положительной обратной связи.

Другим способом, позволяющим существенно улучшить точ­ ность регулирования напряжения, является использование инте­ грального управления при помощи вспомогательного угольного

обмотки электромагнита. При таком включении корректирую­ щая обмотка выполняет роль жесткой положительной обратной связи, существенно уменьшая статическую ошибку регулиро­

ратора возрастет, то за счет действия электромагнита сопротив­ ление угольного столба будет увеличиваться, потенциал точки а уменьшится, ток в корректирующей обмотке уменьшится, резуль­ тирующая м. д. с. электромагнита возрастет, что вызовет допол­ нительное увеличение сопротивления угольного столба.

Известно, что положительная обратная связь в системе регу­ лирования ухудшает устойчивость системы. Поэтому наличие корректирующей обмотки в схеме должно привести к уменьше­ нию области устойчивости системы регулирования напряжения, что может стать причиной неустойчивой работы при малых нагрузках и больших частотах вращения. Для того, чтобы исклю­ чить уменьшение области устойчивости, в этих режимах работы генератора последовательно в цепь корректирующей обмотки включен вентиль (изображен на рис. 6.7 пунктиром). Мост на­ строен так, что при средних частотах вращения и нагрузки гене­ ратора потенциал точки а равен потенциалу точки Ь. Поэтому корректирующая обмотка будет действовать лишь при малых частотах вращения и больших нагрузках генератора, т. е. тогда, когда область устойчивости системы регулирования велика. На

155

Г л а в а 7

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

7.1. ТРЕБОВАНИЯ К РЕГУЛИРОВАНИЮ НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Основными возмущающими воздействиями, приводящими к отклонениям напряжения на зажимах генератора переменного тока от требуемого значения, являются те же, что и для генера­ торов постоянного тока — нагрузка генератора и частота враще­ ния его ротора. Частота вращения ротора генератора перемен­ ного тока стабильной частоты поддерживается постоянной, по­ этому она является возмущением лишь для генераторов перемен­ ного тока нестабильной частоты. Однако следует подчеркнуть, что у генераторов переменного тока стабильной частоты, частота вращения является регулируемой величиной, поэтому процессы регулирования напряжения и частоты являются взаимосвязан­ ными, т. е. генератор переменного тока стабильной частоты отно­ сится к двумерным объектам регулирования [26, 23]. В первом приближении взаимосвязью процессов регулирования напряже­ ния и частоты можно пренебречь, однако в ряде случаев, осо­ бенно для электромашинных преобразователей постоянного тока в переменный, эта взаимосвязь настолько велика, что учет ее становится обязательным.

К точности поддержания напряжения генераторов перемен­ ного тока предъявляются те же требования, что и для генерато­ ров постоянного тока: в установившихся режимах она должна составлять ±2% .

В переходных режимах при самых неблагоприятных измене­ ниях возмущений напряжение не должно выходить за пределы, приведенные на рис. 7.1.

Для генераторов переменного тока весьма существенным является характер нагрузки. Из регулировочных характеристик генераторов переменного тока (см. рис. 4.2) следует, что чем более индуктивным является характер нагрузки (чем меньше cos<p), тем сильней она влияет на напряжение генератора. Объ­ ясняется это тем, что при индуктивной нагрузке магнитный по-

157

ток реакции якоря является продольным, размагничивающим, в то время как при активной нагрузке магнитный поток реакции якоря действует в направлении поперечной оси машины и по­ этому, в меньшей степени влияет на э. д. с. и напряжение гене­ ратора. .

Довольно жесткие требования предъявляются также к форме кривой напряжения на зажимах генератора. Согласно нормам коэффициент искажения формы кривой напряжения, представ­ ляющий собой отношение корня квадратного из суммы квадра­

то в установившихся режимах работы она не должна превышать 1% от номинального значения напряжения (6t/<0,01).

Выше указывалось, что регуляторы напряжения синхронных генераторов помимо регулирования напряжения выполняют еще ряд дополнительных функций и поэтому часто называются регуляторами возбуждения.

Особенно важные дополнительные функции на регуляторы возбуждения возлагаются при параллельной работе синхронных генераторов. Кратковременно увеличивая возбуждение (при на­ личии достаточного запаса по насыщению магнитной цепи ма­ шины) можно существенно увеличить синхронизирующий момент генератора и этим улучшить устойчивость системы. Устойчивость системы можно улучшить также вводя через регуляторы воз­ буждения сигналы, пропорциональные производным режимных

синхронных машин [4].

Наконец, через регуляторы возбуждения осуществляется управление распределением реактивных нагрузок между па­ раллельно работающими генераторами в установившихся режи­ мах.

158

7.2. СТАТИКА И ДИНАМИКА РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НЕСТАБИЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ

Частота вращения ротора авиационных синхронных генера­ торов нестабильной частоты может меняться в довольно широ­ ких пределах (1 :2,5 и выше). Поэтому регуляторы напряжения этих генераторов рассчитываются на широкий диапазон измене­ ния тока возбуждения генератора. Для обеспечения широкого диапазона изменения тока возбуждения во многих регуляторах в качестве исполнительного устройства используется угольный столб угольных регуляторов напряжения, позволяющий полу­ чать широкий диапазон изменения сопротивления в цепи возбуж­ дения генератора.

и динамические свойства такой системы регулирования напряже­

С учетом того, что напряжение, питающее цепь возбуждения генератора, неизменно, уравнение генератора принимает вид

вания напряжения. Рассмотрев схему, можно записать статиче­ скую ошибку регулирования

5c -f- *вМс£ц

159